经验首页 前端设计 程序设计 Java相关 移动开发 数据库/运维 软件/图像 大数据/云计算 其他经验
当前位置:技术经验 » 其他 » 计算机原理 » 查看文章
操作系统——信号量例题
来源:cnblogs  作者:拓扑逻辑  时间:2021/6/15 8:55:10  对本文有异议

有一个仓库,可以存放 A 和 B 两种产品,仓库的存储空间足够大,但要求: (1)一次只能存入一种产品(A 或 B); (2)-N < (A 产品数量-B 产品数量) < M。 其中,N 和 M 是正整数。试用“存放 A”和“存放 B”以及 P、V 操作描述产品 A 与 产品 B 的入库过程。

Semaphore Sa = M - 1;
Semaphore Sb = N - 1;
//代表还能存入的数量

Semaphore mutex = 1;

process_A() {
	while(1){
		P(Sa); //取一个A产品准备入库
		P(mutex);
		A产品入库;
		// A产品入库后还能存入A产品数量-1
		V(mutex);
		V(Sb); //还能存入B产品数量+1
	}
}

process_B() {
	while(1){
		P(Sb); //取一个B产品准备入库
		P(mutex);
		B产品入库;
		// B产品入库后还能存入B产品数量-1
		V(mutex);
		V(Sa); //还能存入A产品数量+1
	}
}

桌子上有一只盘子,最多可容纳两个水果,每次只能放入或取出一个水果。爸爸专向盘子放苹果( apple),妈妈专向盘子中放桔子( orange);两个儿子专等吃盘子中的桔子,两个女儿专等吃盘子中的苹果。请用 P、 V 操作来实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系。

Semaphore mutex = 1;      //互斥信号量, 其初值为1
Semaphore empty = 2;       //记录允许向盘子中放入水果的个数,初值为2
Semaphore orange = 0;      //盘子中已放入的苹果的个数,初值为0
Semaphore apple = 0;      //盘子中已放入的桔子的个数,初值为0
main()
{
Cobegin
{
   father                    //父亲进程
    {
    while (true)
       {
           P(empty);           //减少盘中可放入的水果数
                P(mutex);           //申请向盘中取、放水果
                向盘中放苹果;
                V(mutex);           //允许向盘中取、放水果
                V(apple);           //递增盘中的苹果数
        }
     }
    mother                    //母亲进程
    {
    while (true)
       {
          P(empty);           //减少盘中可放入的水果数
                P(mutex);           //申请向盘中取、放水果
                向盘中放桔子;
                V(mutex);           //允许向盘中取、放水果
                V(orange);          //递增盘中的桔子数
        }
    }
    daughteri(i=1,2)      //两女儿进程
    {
    while (true)
       {
            P(apple);           //减少盘中苹果数
                P(mutex);           //申请向盘中取、放水果
                取盘中苹果;
                V(mutex);           //允许向盘中取、放水果
                V(empty);           //递增盘中可放入的水果数
        }
     }
    sonj(j=1,2)           //两儿子进程
    {
    while (true)
       {
          P(orange);          //减少盘中桔子数
                P(mutex);           //申请向盘中取、放水果
                取盘中桔子;
                V(mutex);           //允许向盘中取、放水果
                V(empty);           //递增盘中可放入的水果数
        }
     }
   }
    Coend
}

有一个理发师,一把理发椅和 N 把供等候理发的顾客坐的椅子。如果没有顾客,则理发师便在理发师椅子上睡觉;当一个顾客到来时,必须唤醒理发师进行理发;如果理发师正在理发时又有顾客来到,则如果有空椅子可坐,他就坐下来等,如果没有空椅子,他就离开。为理发师和顾客各编一段程序(伪代码)描述他们的行为,要求不能带有竞争条件。

Semaphore mutex = 1;    //互斥信号量,初值为1.
Semaphore  Wait = 0;     //等待服务的顾客数
Semaphore  barbers= 0;    //等待顾客的理发师数
Int custNum = 0;    //等待的顾客(还没理发的)

Costumer()
{
  while(true)
  {
        P(mutex);            //申请理发
        if(custNum>0)
     {
            if(custNum<N)   //若等待人数小于N
       {
                V(mutex);     //释放进程等待
                CustNum++;     //增加等待人数
            }
       else            //若等待人数超过N
        {
                V(mutex);   //释放进程等待
                离开;
             }
     }
    else                //若目前无人等待
    {
            V(mutex);        //释放进程等待
            V(barbers);     //如果必要的话,唤醒理发师
            理发;
            离开;
            P(mutex);        //要求进程等待
            custNum--;        //顾客人数减1
            V(mutex);       //释放进程等待
            V(wait);        //等待人数减1
    }
  }
}

Barber()
{
  while(true)
  {
        P(mutex);            //要求进程等待
        if(custNum ==0)    //目前无顾客
     {
            V(mutex);        //释放进程等待
            P(barbers);        //理发师睡觉
       }
    else
    {
            V(mutex);        //释放进程等待
            理发;
    }
  }
}

吸烟者问题。三个吸烟者在一间房间内,还有一个香烟供应者。为了制造并抽掉香烟,每个吸烟者需要三样东西:烟草、纸和火柴。供应者有丰富的货物提供。三个吸烟者中,第一个有自己的烟草,第二个有自己的纸,第三个有自己的火柴。供应者将两样东西放在桌子上,允许一个吸烟者进行对健康不利的吸烟。当吸烟者完成吸烟后唤醒供应者,供应者再放两样东西(随机地)在桌面上,然后唤醒另一个吸烟者。试为吸烟者和供应者编写程序解决问题。

Semaphore S = 1;                //供应者
Semaphore S1,S2,S3;                //三个吸烟者
S1 = S2 = S3 = 0;
bool flag1,flag2,fiag3;            //三种吸烟原料
fiag1=flag2=flag3=true;

Apply()                            //供应者
{
  While(true)
  {
          P(S);
        取两样香烟原料放桌上,由flagi标记;
        if (flag2 && flag3) //供纸和火柴
      {
           V(S1);          //唤醒吸烟者一
          }
         else if(flag1 && fiag3) //供烟草和火柴
      {
           V(S2);                //唤醒吸烟者二
          }
       else                      //供烟草和纸
      {
           V(S3);                //唤醒吸烟者三
           }
   }
}

Smoker1()                         //吸烟者一
{
   While(true)
   {
       P(S1);
       取原料;
       做香烟;
       V(S);                    //唤醒供应者
       吸香烟;
   }
}

smoker2()                        //吸烟者二
{
   While(true)
   {
       P(S2);
       取原料;
       做香烟;
       V(S);                    //唤醒供应者
       吸香烟;
   }
}

Smoker3()                        //吸烟者三
{
   While(true)
{
       P(S3);
       取原料;
       做香烟;
       V(S);                    //唤醒供应者
      吸香烟;
   }
}

面包师问题。面包师有很多面包和蛋糕,由 n 个销售人员销售。每个顾客进店后先取一个号,并且等着叫号。当一个销售人员空闲下来,就叫下一个号。请分别编写销售人员和顾客进程的程序。

Semaphore buyer= 0;                //顾客人数
Semaphore seller = n;            //销售人员数
Semaphore mutex_s = 1;            //用于销售人员的互斥信号量
Semaphore mutex_b = 1;            //用于顾客的互斥信号量
int count_s = 0;                //记录取号的值
int count_b = 0;                //记录叫号的值

void Buy()                    //顾客进程
{
    进店;
   P(mutex_b);          //取号
   count_b++;
   V(mutex_b);
   V(buyer);
  P(seller);            //等待叫号
   买面包;
   离开
}

void Sell()
{
   while(true)
   {
        P(buyer);
        P(mutex_s);   //叫号
        count_s++;
        叫编号为count_s的顾客;
        V(mutex_s);
        V(seller);
   }
}

桌上有一空盘,运行存放一只水果,爸爸可向盘中放苹果,也可放桔子,儿子专等吃盘中的桔子,女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘中空时一次只能放一个水果供吃者取用,用 P,V 原语实现爸爸儿子和女儿 3 个并发进程的同步。

	Semaphore S = 1;      //S 表示盘子是否为空;
Semaphore Sa = 0;        //Sa 表示盘中是否有苹果;
Semaphore Sb = 0;    //Sb 表示盘中是否有桔子;

Father()            //父亲进程
{
    while(TRUE)
  {
        P(S);
        将水果放入盘中;
        if (放入的是桔子)
            V(Sb);
        else
            V(Sa);
    }
}

Son()                  //儿子进程
{
    while(TRUE)
  {
        P(Sb);
        从盘中取出桔子;
        V(S);
      吃桔子;
    }
}

Daughter()            //女儿进程
{
    while(TRUE)
  {
        P(Sa);
        从盘中取出苹果;
        V(S);
        吃苹果;
    }
}

写者优先的读者--写者问题。读者-写者问题为数据库访问建立了一个模型。例如,一个系统,其中有许多竞争的进程试图读写其中的数据,多个进程同时读是可以接受的,但如果一个进程正在更新数据库,则所有的其他进程都不能访问数据库,即使读操作也不行。写者优先是指当一个写者到达时,将阻止其后面的读者进入数据库,直到其离开为止。

	Semaphore Mut1, Mut2, Wmutex, Fmutex;          //互斥信号量
int Rcount, Wcount;                          //读写者人数
Mut1 = Mut2 = WMutex = Fmutex = 1;
Rcount = Wcount = 0;

Writer()                            //写者进程
{
   While(true)
   {
       P(Mut1);
       Wcount=Wcount+1;
       If (Wcount==1)
     {
           P(Fmutex);     //如有读者,写者阻塞在此处
       }
       V(Mut1);
       P(WMutex);
       写;
       V(Wmutex);
       P(Mut1);
       Wcount=Wcount-1;
       If (Wcount==0)
      {
           V(Fmutex);
       }
       V(Mut1);
   }
}

Reader()                            //读者进程
{
   While(true)
   {
       P(Mut2);
       Rcount=Rcount+1;
       If (Rcount==1)
      {
           P(Fmutex);
       }
       V(Mut2);
       读;
       P(Mut2);
       Rcount=Rcount-1;
       If (Rcount==0)
      {
            V(Fmutex);
       }
       V(Mut2);
   }
}

在天津大学与南开大学之间有一条弯曲的小路,这条路上每次每个方向上只允许一辆自行车通过。但其中有一个小的安全岛 M,同时允许两辆自行车停留,可供两辆自行车已从两端进入小路的情况下错车使用。如图所示。
file
下面的算法可以使来往的自行车均可顺利通过。其中使用了 4 个信号量, T 代表天大路口资源, S 代表南开路口资源, L 代表从天大到安全岛一段路的资源, K 代表从南开到安全岛一段路的资源。程序如下,请在空白位置处填写适当的 PV 操作语句,每处空白可能包含若干个 PV 操作语句。

begin
    t:=1;s:=1;l:=1;k:=1;
    cobegin
    从天大到南开的进程
        begin
            ______(1)______
           通过 L 路段;
           进入安全岛 M;
           ______(2)______
           通过 K 路段
           ______(3)______
        end
   从南开到天大的进程
       begin
          略,与“从天大到南开的进程”相反。
       end
    coend
end

解答:

(1) P(t); P(l);

(2) V(l); P(k);

(3) V(k); V(t);

三个进程 P1、 P2、 P3 互斥使用一个包含 N(N>0)个单元的缓冲区。 P1 每次用 produce()生成一个正整数并用 put()送入缓冲区某一空单元中;P2 每次用 getodd()从该缓冲区中取出一个奇数并用 countodd()统计奇数个数;P3 每次用 geteven()从该缓冲区中取出一个偶数并用 counteven()统计偶数个数。请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动,并说明所定义信号量的含义。要求用伪代码描述。

P1()
{
   While(true)
   {
       X = produce();      //生成一个数
      P(empty);     //是否有空单元格
       P(mutex);    //进入临界区
       Put();
       if(X%2 == 0)
            V(s2);   //如果是偶数,向P3发出信号
       else
             V(s1);   //如果是奇数,向P2发出信号
       V(mutex);         //离开临界区,释放互斥信号量
   }
}

P2()
{
   While(true)
   {
       P(s1);     //收到P1发送来的信号,已产生奇数
      P(mutex);         //进入临界区
       getodd();
       countodd():=countodd()+1;
       V(mutex);
       V(empty);         //离开临界区,释放互斥信号量
   }
}

P3()
{
   While(true)
   {
      P(s2)        //收到P1发送来的信号,已产生偶数
      P(mutex);         //进入临界区
      geteven();
      counteven():=counteven()+1;
      V(mutex);
      V(empty);         //离开临界区,释放互斥信号量
   }
}

原文链接:http://www.cnblogs.com/revolver/p/14870437.html

 友情链接:直通硅谷  直通硅谷 怎么样 mac软件下载